Studie om ablationsmotstånd hos marina titanlegeringar och krombeläggningar efter bearbetning

Vid tillverkning och underhåll av marina fartyg utsätts marina komponenter för extrema driftsmiljöer, särskilt utmaningen med högtemperaturablation, vilket avsevärt begränsar deras livslängd. Denna artikel fokuserar på en innovativ bearbetningsmetod som syftar till att förbättra ablationsmotståndet hos titanlegeringsmaterial genom att behandla dem med ett kromskikt på ytan genom en specifik process. Genom laserablationsexperiment som simulerar den faktiska driftsmiljön för ett fartyg ger vi insikter om effekterna av denna processbehandling på egenskaperna hos titanlegeringar och krombeläggningar.
Med den ständiga utvecklingen av marin ingenjörsteknik blir prestandakraven för fartygskomponenter allt strängare. Titanlegering, med sina utmärkta mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet, intar en viktig position inom varvsindustrin. Men högtemperaturablation i havsmiljön är fortfarande en stor utmaning som begränsar dess tillämpning. För att möta denna utmaning har vi antagit avancerad processteknik för att ytbehandla titanlegeringar med förkromning, i syfte att förbättra deras ablativa korrosionsbeständighet.

Bearbetningsmetod och materialberedning
Bearbetning av titanlegeringssubstrat: titanlegeringsråmaterialet skars till prover av standardstorlek (2 cm × 1 cm × 0,5 cm) med hjälp av precisionsteknik för trådskärning. Därefter användes sandpapper med korn 1500 för polering, sedan användes slippasta för att polera till en spegeleffekt, och slutligen användes ultraljudsrengöring för att avlägsna ytorenheter för att säkerställa ytfinishen på underlaget.
Bearbetning av krombeläggning: Krombeläggningar avsattes på ytan av de förberedda titanlegeringsproverna med hjälp av avancerad teknik för bågjonplätering. Genom att exakt kontrollera vakuumet (6×10^-3 Pa), temperaturen (300 grader), NH3-trycket (2~3 Pa) och förspänningen (800~1000 V), säkerställs att krombeläggningen är enhetlig och tät, och avsättningstiden kontrolleras till 10~20 minuter.
Laserablationsexperiment och resultatanalys
En serie laserablationsexperiment utformades för att utvärdera ablationsmotståndet hos den bearbetade titanlegeringen och krombeläggningen. Experimenten använde en hemmagjord laser med lång pulsbredd (modell FLK-TIX6409Hz) för att simulera ablationsprocessen av fartygsdelar i en miljö med hög temperatur genom att justera pulsenergin och antalet pulser.
De experimentella resultaten visar att det obehandlade titanlegeringssubstratet har stora och djupa ablationskratrar på ytan under laserablation, med ett stort antal sprickor i mittområdet även om det är slätt, och en tjock oxidansamling i kantområdet. Däremot visade det krompläterade skiktet på ytan av den bearbetade titanlegeringen överlägsen ablationsmotstånd under samma förhållanden, med grundare ablationsgropar och färre sprickor och betydligt mindre oxiduppbyggnad.
Genom svepelektronmikroskopi (SEM) och energidispersiv spektroskopi (EDAX) mikromorfologi och sammansättningsanalys av de ablerade ytorna fann vi att krombeläggningen effektivt blockerade den direkta erosionen av högtemperatursyre på titanlegeringssubstratet och minskade förekomsten oxidationsreaktioner, vilket förbättrar materialets övergripande ablationsbeständiga egenskaper.
Slutsats och Outlook
I denna studie förbättrades ablationsbeständigheten hos titanlegeringar och krombeläggningar framgångsrikt genom innovativa bearbetningsmetoder. De experimentella resultaten visar att krombeläggningen spelar en viktig roll för att skydda titanlegeringssubstratet från högtemperaturablation, vilket avsevärt förlänger livslängden för fartygskomponenterna. Framtida forskning kan ytterligare utforska effekterna av olika bearbetningsparametrar på beläggningens prestanda, såväl som utvecklingen av mer högpresterande skyddande beläggningsmaterial, för att möta den akuta efterfrågan på högpresterande delar inom skeppsbyggnadsområdet.